KR101407926B1 - 블랙매트릭스, 그 형성방법 및 이를 포함하는 컬러필터 - Google Patents

블랙매트릭스, 그 형성방법 및 이를 포함하는 컬러필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블랙매트릭스, 그 형성방법, 및 이를 포함하는 컬러필터에 관한 것으로, 구체적으로는 발잉크성 물질을 포함하는 상층 및 친잉크성 물질을 포함하는 하층의 2층 구조로 형성되고, 상기 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 20mN/m 이하, 경화된 상기 상층의 표면장력은 20 ~ 25mN/m이고, 상기 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 21 ~ 35mN/m, 경화된 상기 하층의 표면장력은 26 ~ 40mN/m인 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스 및 이를 포함하는 컬러필터에 관한 것이다. 특히, 리버스 옵셋 인쇄를 이용한 블랙매트릭스 형성방법에 있어서, 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액 및 상기 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액보다 표면장력이 큰 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액을 순차적으로 블랑켓 위에 코팅하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스 형성방법을 제공한다.
본 발명은 서로 다른 표면장력을 갖는 상층 및 하층의 2층 구조 블랙매트릭스를 형성함으로써, 블랙매트릭스 상면에서는 발잉크성을 띠게 되어 잉크의 혼색이 방지되고 블랙매트릭스 측면에서는 친잉크성을 띠게 되어 픽셀 내에 잉크가 균일하게 채워지도록 할 수 있다. 또한, 발잉크성 블랙매트릭스 조성액 및 친잉크성 블랙매트릭스 조성액을 순차적으로 블랑켓 위에 코팅한 후 리버스 옵셋 인쇄를 이용하여 수행함으로써, 상기 2층 구조의 블랙매트릭스를 매우 용이하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

블랙매트릭스, 그 형성방법 및 이를 포함하는 컬러필터{BLACK MATRIX, METHOD FOR FORMING THE BLACK MATRIX, AND COLOR FILTER COMPRISING THE SAME}
본 발명은 블랙매트릭스, 그 형성방법 및 이를 포함하는 컬러필터에 관한 것이다.
액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)에는 액정층에 의하여 변조된 백색광을 통과시켜 원하는 색상의 화상을 형성하는 컬러필터가 구비되어 있다. 상기 컬러필터는 투명한 기판 상에 블랙매트릭스(Black Matrix, BM)를 형성하고, 상기 블랙매트릭스에 의하여 구획된 픽셀들 각각에 소정의 색상, 예를 들면 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 잉크를 채움으로써 제작된다.
종래 LCD용 컬러필터는 주로 광식각법(photo-lithography)을 이용하여 제조하였으나, 최근에는 롤 프린팅(roll printing) 또는 잉크젯(inkjet) 방법을 이용한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서 잉크젯을 이용한 컬러필터의 제조방법은 재료 소모량이 적고, 마스크 내지 인쇄판 제작이 불필요하다는 장점이 있다.
그러나, 잉크젯 방법의 경우 상온에서 원활한 제팅(jetting)을 위해서는 잉크의 점도가 10~15cP의 범위를 가져야 하며, 제팅된 잉크가 화소부에 잘 퍼져서 충진되어야 빛샘 발생이 없어진다. 반면, 제팅되는 잉크의 양이 너무 많거나 격벽 역할을 하는 블랙매트릭스 패턴 표면의 표면에너지가 높으면 제팅된 잉크가 오버플로우(overflow)되어 인접한 화소의 잉크와 혼색이 일어날 수 있다. 따라서, 잉크젯 방법에 사용되는 블랙매트릭스 패턴의 표면은 표면에너지가 매우 낮아서 발잉크 특성을 갖도록 되어 있다. 그러나, 블랙매트릭스 패턴의 표면에너지가 너무 낮게 되면 패턴 측면의 표면에너지도 낮아서 제팅된 잉크가 평탄화되지 못하고 둥근 모양으로 쌓이게 되어 화소부 패턴의 중심부와 가장자리부 간의 단차가 커지게 된다.
즉, 도 1에서 보듯이 블랙매트릭스의 상면 및 측면이 모두 표면에너지가 높은 경우, 픽셀들 내에 주입되는 잉크가 블랙매트릭스의 상면으로 넘쳐 흘러서 픽셀 간에 잉크의 혼색이 발생할 수 있다.
반면, 블랙매트릭스의 상면 및 측면이 모두 표면에너지가 낮아서 발잉크성(ink-phobic)을 띠는 경우에는 픽셀 간의 잉크 혼색은 방지될 수 있으나, 블랙매트릭스의 측면에 있어서 잉크에 대한 웨팅(wetting)이 부족하여 픽셀들 내에 잉크가 균일한 두께로 도포되지 못하는 문제가 있다.
이에, 표면에너지가 높은 블랙매트릭스의 상면에만 표면에너지가 낮은 코팅막을 선택적으로 형성하는 방법이 있으나, 이 경우 상기 표면에너지가 낮은 코팅막이 너무 두껍게 형성되면 현상(development)에 어려움이 생긴다. 반면, 표면에너지가 낮은 코팅막이 너무 얇게 형성되면 블랙매트릭스의 상면과 표면에너지가 낮은 발잉크성 코팅막 사이의 접착력이 약해져 발잉크성 코팅막이 쉽게 벗겨질 염려가 있는데, 이는 블랙매트릭스와 발잉크성 코팅막이 서로 다른 성질을 가지는 물질로 이루어져 있기 때문이다.
따라서, 기존의 블랙매트릭스에 별도의 코팅막을 형성하는 등 표면처리를 하는 대신 블랙매트릭스 자체가 친잉크성과 발잉크성을 동시에 선택적으로 가질 수 있는 것으로서, 블랙매트릭스 상면에서는 잉크의 혼색을 방지하는 동시에, 블랙매트릭스 측면에서는 잉크가 고르게 채워지도록 하여 균일한 두께로 잉크를 도포할 수 있는 블랙매트릭스 및 이러한 블랙매트릭스의 효과적인 형성방법에 대한 개발이 절실한 시점이다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 각각 특정범위의 표면장력을 갖는 발잉크성 상층 및 친잉크성 하층의 2층 구조로 형성된 블랙매트릭스와 리버스 옵셋(Reverse Offset) 인쇄를 이용한 상기 블랙매트릭스의 효과적인 형성방법을 개발하기에 이르렀고, 이 경우 픽셀 내에 잉크가 균일하게 채워지면서도 픽셀 간 잉크의 혼색이 방지되는 블랙매트릭스를 용이하게 제공할 수 있음을 확인하였다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 발잉크성 물질을 포함하는 상층 및 친잉크성 물질을 포함하는 하층의 2층 구조로 형성되고, 상기 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 20mN/m 이하, 경화된 상기 상층의 표면장력은 20 ~ 25mN/m이며, 상기 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 21 ~ 35mN/m, 경화된 상기 하층의 표면장력은 26 ~ 40mN/m인 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스가 제공된다.
본 발명에 따르면, 상기 발잉크성 물질 및 친잉크성 물질은 계면활성제인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 발잉크성 물질의 표면장력은 상기 친잉크성 물질의 표면장력보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 발잉크성 물질은 불소계 화합물 또는 실리콘계 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 불소계 화합물은 퍼플루오로알킬(perfluoroalyl)기와 함께 에틸렌 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드로 변성된 올리고머를 포함하고 있는 화합물로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 실리콘계 화합물로는 폴리에틸렌 옥사이드 혹은 폴리프로필렌 옥사이드 계열의 폴리에테르 변성 또는 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 친잉크성 물질은 불소계 화합물 또는 실리콘계 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 불소계 화합물로는 퍼플루오로알킬(perfluoroalyl)기와 함께 에틸렉 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드로 변성된 올리고머를 포함하고 있는 화합물로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 실리콘계 화합물로는 폴리에틸렌 옥사이드 혹은 폴리프로필렌 옥사이드 계열의 폴리에테르 변성 또는 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 블랙매트릭스를 포함하는 컬러필터가 제공된다.
또한, 본 발명은 리버스 옵셋(Reverse Offset) 인쇄를 이용한 블랙매트릭스 형성방법에 있어서, 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액 및 상기 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액보다 표면장력이 큰 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액을 순차적으로 블랑켓(Blanket) 위에 코팅하는 블랙매트릭스 형성방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, (a) 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트리스 조성액을 블랑켓 위에 코팅하는 단계; (b) 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트리스 조성액을 블랑켓 위에 코팅하는 단계; (c) 상기 (a) 및 (b) 단계에서 형성된 2중 코팅층을 한번에 클리셰에 전사하는 단계; 및 (d) 블랑켓 위에 남은 2중 코팅층을 기재에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 블랙매트릭스를 서로 다른 표면장력을 갖는 상층 및 하층의 2층 구조로 형성함으로써, 블랙매트릭스 상면에서는 표면에너지가 낮아 발잉크성을 띠게 되어 잉크의 혼색이 방지되고, 블랙매트릭스 측면에서는 표면에너지가 높아 친잉크성을 띠게 되어 픽셀 내에 잉크가 균일하게 채워지는 장점이 있다.
또한, 발잉크성 블랙매트릭스 조성액 및 친잉크성 블랙매트릭스 조성액을 순차적으로 블랑켓(Blanket) 위에 코팅한 후 리버스 옵셋 인쇄를 이용하여 수행함으로써, 상기 2층 구조의 블랙매트릭스를 매우 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 친잉크성 블랙매트릭스 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 블랙매트릭스 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 종래의 리버스 옵셋 인쇄를 이용한 블랙매트릭스 형성과정을 나타내는 공정도.
도 4는 본 발명의 리버스 옵셋 인쇄를 이용한 블랙매트릭스 형성과정을 나타내는 공정도.
이하에서는, 본 발명에 의한 블랙매트릭스, 그 형성방법 및 이를 포함하는 컬러필터에 대해 상세히 설명한다.
도 2에서 보듯이 본 발명에 따른 블랙매트릭스는 발잉크성 물질을 포함하는 상층(이하, '발잉크성 상층'이라 약칭함) 및 친잉크성 물질을 포함하는 하층(이하, '친잉크성 하층'이라 약칭함)의 2층 구조로 형성된 것이다. 또한 상기 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액(이하, '발잉크성 조성액'이라 약칭함)의 표면장력은 20mN/m 이하, 경화된 상기 상층의 표면장력은 20 ~ 25mN/m이고, 상기 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액(이하, '친잉크성 조성액'이라 약칭함)의 표면장력은 21 ~ 35mN/m, 경화된 상기 하층의 표면장력은 26 ~ 40mN/m인 것을 특징으로 하는 것이다.
일반적인 잉크는 사용되는 계면활성제 및 용매의 종류에 따라 표면장력이 20~30mN/m의 값을 가질 수가 있다. RGB 잉크가 픽셀 내에 고르게 채워지기 위해서는 픽셀 내 기판의 표면과 블랙매트릭스의 측면은 표면에너지가 높은 것이 좋다. 반면, 블랙매트릭스 위에서의 잉크 혼색을 방지하기 위해서는 블랙매트릭스의 상면은 표면에너지가 낮은 것이 좋다. 이러한 목적 달성을 위해 블랙매트릭스 재료에 첨가제를 넣을 수도 있으나, 이러한 방법으로는 블랙매트릭스 측면과 상면의 표면에너지를 달리하여 친잉크성/발잉크성을 선택적으로 부여하기가 기술적으로 매우 어렵다. 또한, 블랙매트릭스를 일단 형성한 후 별도의 코팅막, 광 조사 등에 의해 상면만을 선택적으로 소수 처리하는 것도 공정상 번거로운 점이 존재한다.
이에, 본 발명에서는 각각 특정범위의 표면장력을 갖는 발잉크성 상층 및 친잉크성 하층의 2층 구조로 형성된 블랙매트릭스를 제공한다. 표면장력은 통상적으로 실리콘 계열의 계면활성제의 경우에는 디메틸실록산(dimethylsiloxane)기가 많을수록 표면장력을 낮추는 효과가 크며, 불소계 계면활성제의 경우에는 불소 함량이 높을수록 표면장력을 낮추는 효과가 크다. 또한, 탄화수소계열의 계면활성제의 경우에는 탄화수소의 사슬 길이가 길수록 표면장력을 낮추는 효과가 크다. 따라서, 소수성을 띠는 공기와 액상의 계면에서의 계면장력으로 표현되는 표면장력은 소수성이 클수록 낮아지는 경향이 있으나 반드시 이에 해당하는 것은 아니다. 즉, 계면활성제와 다른 성분들(바인더 수지 혹은 용매 등)과의 상용성을 향상시키기 위해 계면활성제에 별도의 친수성기나 소수성기를 도입하여 친수성 혹은 소수성 정도를 조절할 수 있게 되기 때문이다. 따라서, 함께 사용되는 다른 성분들, 특히 용매의 특성(친수성 혹은 소수성)에 따라 동종의 계면활성제도 서로 다른 표면장력의 값을 갖게 된다. 하지만, 일반적으로 코팅되는 액이 코팅되는 기재에 충분히 웨팅(wetting)이 되기 위해서는 액의 표면장력이 기재 표면의 표면에너지(혹은 표면장력)보다 높은 값을 가져야 한다. 따라서, 제팅된 잉크가 블랙매트릭스 패턴 표면을 넘어서 인접한 픽셀과 혼색이 되지 않기 위해서는 패턴 표면의 표면에너지가 잉크의 표면장력보다 낮은 값을 갖도록 하여야 하며, 픽셀 부에 잘 퍼지기 위해서는 픽셀 부 및 블랙매트릭스 패턴 측면의 표면에너지가 잉크의 표면장력보다 높은 값을 갖도록 하여야 한다.
구체적으로, 상기 발잉크성 조성액의 표면장력은 20mN/m 이하, 경화된 상기 발잉크성 상층의 표면장력은 20 ~ 25mN/m이고, 상기 친잉크성 조성액의 표면장력은 21 ~ 35mN/m, 경화된 상기 친잉크성 하층의 표면장력은 26 ~ 40mN/m이다. 어느 경우든 발잉크성 조성액, 발잉크성 상층의 표면장력은 각각 친잉크성 조성액, 친잉크성 하층의 표면장력보다 작아야 한다.
발잉크수성 조성액의 표면장력이 20mN/m를 초과하여 너무 클 경우, 블랙매트릭스 상층에 뚜렷한 발잉크성을 부여할 수 없어 블랙매트릭스 위에서 픽셀 간에 잉크의 혼색이 발생할 여지가 있다.
또한, 경화된 발잉크성 상층의 표면장력이 25mN/m를 초과하여 너무 클 경우에도 상기와 같은 문제가 발생할 수 있다. 반면 20mN/m 미만으로 너무 작을 경우에는 오히려 블랙매트릭스 패턴 표면의 표면장력이 너무 낮아 후공정시 사용되는 재료(오버코트 혹은 칼럼스페이서 등)의 코팅 특성이 안 좋은 영향을 줄 수 있다.
한편, 친잉크성 조성액의 표면장력이 21mN/m 미만으로 너무 작을 경우, 블랙매트릭스 하층에 뚜렷한 친잉크성을 부여할 수 없어 픽셀 내에 잉크가 균일하게 채워지지 못하고 빈 공간이 생길 여지가 있다. 반면 35mN/m를 초과하여 너무 클 경우에는 오히려 도 4에서 보이는 바와 같이 발잉크성 조성액이 도포되어 있는 층에 친잉크성 조성액의 도포가 어렵게 될 수 있다.
또한, 경화된 친잉크성 하층의 표면장력이 26mN/m 미만일 경우와 40mN/m를 초과할 경우에도 각각 상기와 같은 문제들이 발생할 수 있다.
상기 발잉크성 물질 및 친잉크성 물질로는 블랙매트릭스 조성액에 첨가되어 표면장력을 조절할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
바람직하게는, 계면활성제를 사용한다. 적절한 종류 및 함량의 계면활성제를 첨가하는 것만으로도 비교적 용이하게 전체 조성액의 표면장력을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명이 요구하는 효과 발휘 측면에서 상기 발잉크성 물질의 표면장력은 상기 친잉크성 물질의 표면장력보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 상기 발잉크성 물질로는 불소계 화합물 또는 실리콘계 화합물을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 불소계 화합물로는 퍼플루오로알킬(perfluoroalkyl)기와 함께 에틸렌 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드로 변성된 올리고머를 포함하고 있는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로서 불소 함량이 높아 표면장력을 낮추는 효과가 큰 것을 1종 이상 사용할 수 있고, 상기 실리콘계 화합물로는 폴리에틸렌 옥사이드 혹은 폴리프로필렌 옥사이드 계열의 폴리에테르 변성 또는 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 디메틸실록산의 함량이 높아 표면장력을 낮추는 효과가 큰 것을 1종 이상 사용할 수 있다. 예를 들어, 불소계 화합물로는 DIC사의 F-172D, TF-1441, TF-1442, F-480SF, HSA22-2 등을, 실리콘계 화합물로는 Tego사의 Glide410 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 친잉크성 물질 역시 불소계 화합물 또는 실리콘계 화합물을 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 불소계 화합물로는 퍼플루오로알킬(perfluoroalyl)기와 함께 에틸렌 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드로 변성된 올리고머를 포함하고 있는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로서 불소 함량이 낮아 표면장력을 낮추는 효과가 작은 것을 1종 이상 사용할 수 있고, 상기 실리콘계 화합물로는 폴리에틸렌 옥사이드 혹은 폴리프로필렌 옥사이드 계열의 폴리에테르 변성 또는 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 디메틸실록산의 함량이 낮아 표면장력을 낮추는 효과가 작은 것을 1종 이상 사용할 수 있다. 예를 들어, 불소계 화합물로는 F-470, F-471, F-475, F-479, MCF-350SF 등을, 실리콘계 화합물로는 BYK-315, BYK-320, BYK-325, BYK-331, BYK-371, BYK-373, BYK-375 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상술한 블랙매트릭스를 포함하는 컬러필터가 제공된다. 컬러필터를 제조하는 방법은 이미 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에서는 그에 관한 구체적인 내용을 생략하기로 한다.
한편, 본 발명은 리버스 옵셋(Reverse Offset) 인쇄를 이용한 블랙매트릭스 형성방법에 있어서, 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액 및 상기 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액보다 표면장력이 큰 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액을 순차적으로 블랑켓(Blanket) 위에 코팅하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스 형성방법에 관한 것이다.
구체적으로, (a) 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트리스 조성액을 블랑켓 위에 코팅하는 단계; (b) 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트리스 조성액을 블랑켓 위에 코팅하는 단계; (c) 상기 (a) 및 (b) 단계에서 형성된 2중 코팅층을 한번에 클리셰(Cliche)에 전사하는 단계; 및 (d) 블랑켓 위에 남은 2중 코팅층을 기재에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스 형성방법에 관한 것이다.
전술한 바와 같이, 컬러필터 제조에 있어서 잉크의 혼색을 방지하고 블랙매트릭스로 구획된 픽셀 내에 잉크를 균일하게 채우기 위해서는 블랙매트릭스의 상면은 발잉크성을, 측면은 친잉크성을 띠게 하는 것이 바람직하다. 그러나 현실적으로는 상기처럼 블랙매트릭스에 선택적으로 친잉크성/발잉크성을 부여하는 것이 기술적으로 쉽지 않다.
이에, 본 발명에서는 리버스 옵셋 인쇄를 이용함과 더불어 발잉크성 조성액 및 친잉크성 조성액을 각각 순차적으로 블랑켓 위에 코팅한 후 한번에 전사하는 방법을 통하여 매우 용이하게 발잉크성 상층/친잉크성 하층 구조의 블랙매트릭스를 형성할 수 있게 되었다.
도 3은 종래의 리버스 옵셋 인쇄를 이용한 블랙매트릭스 형성과정을 나타내는 공정도이다. 도 3에서와 같이 일반적인 리버스 옵셋 인쇄의 경우, 친잉크성 또는 발잉크성 중 하나의 성질만을 띠는 단일 블랙매트릭스 조성액을 코팅 노즐(coating nozzle)을 이용하여 블랑켓 위에 코팅한 후, 이러한 단일 코팅층을 클리셰에 전사하여 불필요한 부분을 제거한 다음, 블랑켓 위에 남은 단일 코팅층을 유리기판 등 기재(substrate)에 전사함으로써 블랙매트릭스를 형성한다.
반면, 본 발명에서는 도 4에서와 같이 일단 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트리스 조성액을 블랑켓 위에 1차 코팅한 다음, 연이어 상기 1차 코팅층 위에 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트리스 조성액을 2차 코팅하여 블랑켓 위에 1차/2차 코팅층으로 이루어진 2중 코팅층을 형성한다. 그 다음 상기 2중 코팅층을 한번에 클리셰에 전사하게 되고, 그 결과 내층은 발잉크성, 외층은 친잉크성을 띠는 2중 코팅층이 블랑켓의 둘레를 따라 소정 간격을 두고 간헐적으로 잔존하게 된다. 마지막으로 상기 블랑켓 위에 잔존하는 2중 코팅층을 한번에 기재에 전사하면, 기재 위에 상층은 발잉크성, 하층은 친잉크성을 띠는 2층 구조의 블랙매트릭스가 소정 간격으로 형성된다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1
발잉크성 블랙매트릭스 조성액 제조
안료로 카본블랙(carbon black) 11.8 중량부; 아크릴계 수지 바인더로 벤질(메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산이 7:3의 몰비로 형성된 공중합체(Mw: 7,000, 산가: 113mgKOH/g, Tg: 75℃) 1.4 중량부; 경화성 가교제로 비스페놀A계 에폭시 수지(에폭시 당량 170) 1.8 중량부; 멜라민 수지 Cymel 303 2.25 중량부; 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란 0.1 중량부; 첨가제로 분산제인 폴리우레탄계 분산제 2.24 중량부; 불소계 계면활성제로 F-480SF 0.4 중량부; 및 용매(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 49.6 중량부, 메틸에틸케톤 8.8 중량부, 에틸아세테이트 4.8 중량부, 디메틸카보네이트 11.61 중량부, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 5.2 중량부) 80.01 중량부를 혼합하였다.
상기 혼합물을 5시간 동안 교반하여 발잉크성 블랙매트릭스 조성액을 제조하였다. 이때 상기 발잉크성 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 19.5mN/m이었다.
친잉크성 블랙매트릭스 조성액 제조
안료로 카본블랙(carbon black) 11.8 중량부; 아크릴계 수지 바인더로 벤질(메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산이 7:3의 몰비로 형성된 공중합체(Mw: 7,000, 산가: 113mgKOH/g, Tg: 75℃) 1.4 중량부; 경화성 가교제로 비스페놀A계 에폭시 수지(에폭시 당량 170) 1.8 중량부; 멜라민 수지 Cymel 303 2.25 중량부; 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란 0.1 중량부; 첨가제로 분산제인 폴리우레탄계 분산제 2.24 중량부; 불소계 계면활성제로 F-475 0.4 중량부; 및 용매(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 49.6 중량부, 메틸에틸케톤 8.8 중량부, 에틸아세테이트 4.8 중량부, 디메틸카보네이트 11.61 중량부, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 5.2 중량부) 80.01 중량부를 혼합하였다.
상기 혼합물을 5시간 동안 교반하여 친잉크성 블랙매트릭스 조성액을 제조하였다. 이때 상기 친잉크성 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 25mN/m이었다.
블랙매트릭스 형성
상기 제조된 발잉크성 블랙매트리스 조성액을 첫 번째 슬릿 코팅 노즐을 통하여 블랑켓 위에 1차 코팅한 다음, 연이어 상기 1차 코팅층 위에 상기 제조된 친수성 블랙매트리스 조성액을 두 번째 슬릿 코팅 노즐을 통하여 2차 코팅하여 블랑켓 위에 1차/2차 코팅층으로 이루어진 2중 코팅층을 형성하였다.
그 다음, 상기 2중 코팅층을 한번에 클리셰에 전사하였다.
마지막으로, 상기 블랑켓 위에 잔존하는 2중 코팅층을 한번에 유리기판에 전사함으로써, 유리기판 위에 상층은 발잉크성, 하층은 친잉크성을 띠는 2층 구조의 블랙매트릭스(두께 1.2㎛)를 소정 간격으로 형성하였다. 이때 경화된 상기 발잉크성 상층의 표면장력은 24mN/m, 경화된 상기 친잉크성 하층의 표면장력은 28mN/m이었다.
실시예 2
발잉크성 블랙매트릭스 조성액 제조에 있어 불소계 계면활성제로 F-480SF 0.5 중량부를 사용하고, 친잉크성 블랙매트릭스 조성액 제조에 있어 불소계 계면활성제로 F-475 0.3 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 블랙매트릭스를 형성하였다.
이때, 발잉크성 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 19mN/m, 친잉크성 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 26mN/m, 경화된 발잉크성 상층의 표면장력은 23mN/m, 경화된 친잉크성 하층의 표면장력은 29mN/m이었다.
실시예 3
발잉크성 블랙매트릭스 조성액 제조에 있어 불소계 계면활성제로 F-480SF 0.3 중량부를 사용하고, 친잉크성 블랙매트릭스 조성액 제조에 있어 불소계 계면활성제로 F-475 0.5 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 블랙매트릭스를 형성하였다.
이때, 발잉크성 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 20mN/m, 친잉크성 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 24mN/m, 경화된 발잉크성 상층의 표면장력은 25mN/m, 경화된 친잉크성 하층의 표면장력은 27.5mN/m이었다.
비교예 1
블랙매트릭스 조성액 제조
안료로 카본블랙(carbon black) 23.6 중량부; 아크릴계 수지 바인더로 벤질(메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산이 7:3의 몰비로 형성된 공중합체(Mw: 7,000, 산가: 113mgKOH/g, Tg: 75℃) 2.8 중량부; 경화성 가교제로 비스페놀A계 에폭시 수지(에폭시 당량 170) 3.6 중량부; 멜라민 수지 Cymel 303 4.5 중량부; 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란 0.2 중량부; 첨가제로 분산제인 폴리우레탄계 분산제 4.48 중량부; 불소계 계면활성제로 F-480SF 0.8 중량부; 및 용매(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 99.2 중량부, 메틸에틸케톤 17.6 중량부, 에틸아세테이트 9.6 중량부, 디메틸카보네이트 23.22 중량부, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 10.4 중량부) 160.02 중량부를 혼합하였다.
상기 혼합물을 5시간 동안 교반하여 블랙매트릭스 조성액을 제조하였다. 이 때 상기 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 18.5mN/m이었다.
블랙매트릭스 형성
상기 제조된 블랙매트릭스 조성액을 슬릿 코팅 노즐을 통하여 블랑켓 위에 코팅한 다음, 상기 단일 코팅층을 클리셰에 전사한 후, 상기 블랑켓 위에 잔존하는 단일 코팅층을 유리기판에 전사하여 단층 구조의 블랙매트릭스(두께 1.2㎛)를 소정 간격으로 형성하였다. 이때 경화된 상기 블랙매트릭스의 표면장력은 22mN/m이었다.
비교예 2
블랙매트릭스 조성액 제조
안료로 카본블랙(carbon black) 23.6 중량부; 아크릴계 수지 바인더로 벤질(메타)아크릴레이트와 (메타)아크릴산이 7:3의 몰비로 형성된 공중합체(Mw: 7,000, 산가: 113mgKOH/g, Tg: 75℃) 2.8 중량부; 경화성 가교제로 비스페놀A계 에폭시 수지(에폭시 당량 170) 3.6 중량부; 멜라민 수지 Cymel 303 4.5 중량부; 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란 0.2 중량부; 첨가제로 분산제인 폴리우레탄계 분산제 4.48 중량부; 불소계 계면활성제로 F-475 0.8 중량부; 및 용매(프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 99.2 중량부, 메틸에틸케톤 17.6 중량부, 에틸아세테이트 9.6 중량부, 디메틸카보네이트 23.22 중량부, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 10.4 중량부) 160.02 중량부를 혼합하였다.
상기 혼합물을 5시간 동안 교반하여 블랙매트릭스 조성액을 제조하였다. 이때 상기 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 23.5mN/m이었다.
블랙매트릭스 형성
상기 제조된 블랙매트릭스 조성액을 슬릿 코팅 노즐을 통하여 블랑켓 위에 코팅한 다음, 상기 단일 코팅층을 클리셰에 전사한 후, 상기 블랑켓 위에 잔존하는 단일 코팅층을 유리기판에 전사하여 단층 구조의 블랙매트릭스(두께 1.2㎛)를 소정 간격으로 형성하였다. 이때 경화된 상기 블랙매트릭스의 표면장력은 26.5mN/m이었다.
비교예 3
발잉크성 블랙매트릭스 조성액 제조에 있어 불소계 계면활성제로 F-480SF 0.03 중량부를 사용하고, 친잉크성 블랙매트릭스 조성액 제조에 있어 불소계 계면활성제로 F-475 0.03 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 블랙매트릭스를 형성하였다.
이때, 발잉크성 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 27.5mN/m, 친잉크성 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 28.1mN/m, 경화된 발잉크성 상층의 표면장력은 37.6mN/m, 경화된 친잉크성 하층의 표면장력은 38.2mN/m이었다.
상기 실시예 및 비교예로부터 형성된 블랙매트릭스에 의하여 구획된 픽셀들 각각에 잉크젯 방법을 이용하여 RGB 잉크를 채운 뒤, 블랙매트릭스 위에서 잉크가 혼색되는지 여부 및 채워진 RGB 잉크의 두께를 각각 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
조성액의 표면장력(mN/m) 소수:19.5
친수:25		 소수:19
친수:26		 소수:20
친수:24		 소수:18.5
친수: -		 소수: -
친수:23.5		 소수:27.5
친수:28.1
경화 후 표면장력(mN/m) 소수:24
친수:28		 소수:23
친수:29		 소수:25
친수:27.5		 소수:22
친수: -		 소수: -
친수:26.5		 소수:37.6
친수:38.2
잉크 혼색 여부 X X X X O O
잉크 충진 여부 O O O X O O
상기 표 1에서 보듯이, 실시예의 경우 표면장력이 서로 다른 발잉크성 상층 및 친잉크성 하층의 2층 구조 블랙매트릭스를 형성함으로써, 블랙매트릭스 상면에서는 잉크의 혼색이 발생하지 않음과 동시에 측면에서는 픽셀 내에 잉크가 균일하게 채워짐을 알 수 있다. 더불어 상기와 같은 2층 구조의 블랙매트릭스를 리버스 옵셋 인쇄를 통해 매우 용이하게 형성할 수 있었다.
한편, 발잉크성 단층 블랙매트릭스인 비교예 1의 경우 잉크 혼색은 발생하지 않았지만 블랙매트릭스 측면에서의 잉크에 대한 웨팅(wetting)이 부족하여 픽셀들 내에 잉크가 균일한 두께로 도포되지 못하였다. 반면, 친잉크성 단층 블랙매트릭스인 비교예 2의 경우 픽셀 내에 잉크는 균일하게 채워졌지만, 블랙매트릭스 상면에서 잉크의 혼색이 발생하였다. 또한, 비교예 3의 경우 발잉크성(상층) 및 친잉크성(하층)이 뚜렷하게 부여되지 않아 일부 픽셀 간에 잉크의 혼색이 발생하였고 도포된 잉크의 두께 또한 실시예의 경우보다 불균일하였다.
실시예 1
Figure 112010066046018-pat00001

비교예 1
Figure 112010066046018-pat00002

비교예 2
Figure 112010066046018-pat00003

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 발잉크성 물질을 포함하는 상층 및 친잉크성 물질을 포함하는 하층의 2층 구조로 형성되고,
    상기 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 20mN/m 이하, 경화된 상기 상층의 표면장력은 20 ~ 25mN/m이고,
    상기 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액의 표면장력은 21 ~ 35mN/m, 경화된 상기 하층의 표면장력은 26 ~ 40mN/m인 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발잉크성 물질 및 친잉크성 물질은 계면활성제인 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발잉크성 물질의 표면장력은 상기 친잉크성 물질의 표면장력보다 작은 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발잉크성 물질은 불소계 화합물 또는 실리콘계 화합물인 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 불소계 화합물은 퍼플루오로알킬(perfluoroalyl)기와 함께 에틸렉 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드로 변성된 올리고머를 포함하고 있는 화합물로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘계 화합물로는 폴리에틸렌 옥사이드 혹은 폴리프로필렌 옥사이드 계열의 폴리에테르 변성 또는 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 친잉크성 물질은 불소계 화합물 또는 실리콘계 화합물인 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불소계 화합물로는 퍼플루오로알킬(perfluoroalyl)기와 함께 에틸렉 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드로 변성된 올리고머를 포함하고 있는 화합물로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 실리콘계 화합물로는 폴리에틸렌 옥사이드 혹은 폴리프로필렌 옥사이드 계열의 폴리에테르 변성 또는 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군에서 적어도 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 블랙매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터.
  11. 리버스 옵셋(Reverse Offset) 인쇄를 이용한 블랙매트릭스 형성방법에 있어서, 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액 및 상기 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액보다 표면장력이 큰 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트릭스 조성액을 순차적으로 블랑켓(Blanket) 위에 코팅하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스 형성방법.
  12. 제11항에 있어서,
    (a) 발잉크성 물질을 포함하는 블랙매트리스 조성액을 블랑켓 위에 코팅하는 단계;
    (b) 친잉크성 물질을 포함하는 블랙매트리스 조성액을 블랑켓 위에 코팅하는 단계;
    (c) 상기 (a) 및 (b) 단계에서 형성된 2중 코팅층을 한번에 클리셰에 전사하는 단계; 및
    (d) 블랑켓 위에 남은 2중 코팅층을 기재에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스 형성방법.
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